Реферат: Древесностружечные материалы ДВП и ДСтП
Повышенный интерес к древесным композиционным материалам (композитам)
обусловлен рядом причин: низкой стоимостью древесного сырья, малыми затратами
труда и энергии при производстве древесных композиционных материалов и изделий
из них, ценными, а в отдельных случаях и уникальными, свойствами этих
композитов, непрерывной возобновляемостью древесных ресурсов и др.
По данным Отдела леса и лесных продуктов продовольственной
сельскохозяйственной комиссии Организации Объединенных Наций (ФАО ООН),
производство в мире только трех древесных композиционных материалов в объемных
единицах превосходит производство сталей, пластмасс и алюминия.
Композиционные материалы состоят из двух или более компонентов (фаз), между
которыми имеется граница раздела.
Понятие композиционного материала в широком смысле, безусловно, включает и
природные материалы, например древесину. Таким образом, древесными
композиционными материалами должны быть названы материалы, состоящие из
древесины или ее частиц и одного или нескольких других компонентов (металла,
полимера, минерала), между которыми имеется граница раздела.
В древесном композите граница раздела между компонентами может проходить по
наружной поверхности и по внутренней поверхности, т.е. по поверхности сосудов,
волокон и пор древесины.
Увеличение производства древесных композитов в значительной мере определяется
тем, что объем потребления материалов на планете каждые 11 лет удваивается, а
запасы сырья для производства традиционных материалов ограничены и не
восстанавливаются.
Ученые-материаловеды единодушны в оценке Ц время дешевого сырья прошло!
В этих условия особенно пристальное внимание обращено на древесные материалы.
Ежегодный прирост твердой биомассы лесов мира 50 млрд. т, прирост промышленной
древесины составляет 3,5Ц4 млрд. т в год, а добывается в мире лишь 1,1Ц1,3
млрд. т в год. Из всего лесного массива используется около 7,5% древесины,
причем в так называемых лотходах оказывается не менее 30% промышленной
древесины. Следовательно, сейчас в мире образуется 330Ц1200 млн. т
(ориентировочно 660Ц2400 млн. плотных кубометров) лотходов древесины, из
которых можно изготавливать композиционные материалы в количествах, равных
выпуску стали, алюминия и пластмасс, вместе взятых по массе. Эта сырьевая база
не иссякнет и в дальнейшем, так как лес непрерывно возобновляется и жизнь на
планете возможна лишь при наличии леса, дающего кислород и защищающего людей
экологически. Возобновляемость и высокая экономическая эффективность Ц основные
факторы, гарантирующие древесным композитам положение материалов будущего. Их
дополняют невысокая плотность (50Ц1400 кг/м3), достаточная прочность
(до 300 МПа), низкая трудоемкость и энергоемкость изготовления.
Древесные пластики (wood plastics, Holzplaste, plastiques du
bois) Ц материалы на основе древесины, подвергнутой термической обработке под
давлением (пластификации). Древесные пластики делятся на: 1) древесину
прессованную (пластифицированную); 2) древесно-слоистые пластики; 3) древесную
пресскрошку; 4)древесные плиты (древесно- волокнистые и древесно-стружечные).
Древесноволокнистыми плитами называются листовые материалы, сформированные
из переплетных древесных волокон. Изготавливают их из древесных отходов или из
низкокачественной древесины. В отдельных случаях в зависимости от условий
снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и
дровяную древесину в круглом виде. Наиболее распространенные способы
изготовления плит Ц мокрый и сухой. Промежуточными между ними, причем менее
распространенными, будут мокро-сухой и полусухой способы. Мокрый способ основан
на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в водной среде и
горячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся во
влажном состоянии (при относительной влажности 60Ц70%). Сухой способ
основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в
воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность
5Ц8%.
Полусухой способ основан на формировании ковра из высушенной
древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен,
имеющих влажность 16Ц18 %. Мокро-сухой способ основан на
формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушке полотен и
горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.
В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину сначала
измельчают в щепу, а затем щепу превращают в волокна, из которых формируют
ковер. Ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты.
Влажные полотна или прессуют, получаю твердые или полутвердые плиты, или сушат,
получая мягкие (изоляционные) плиты. Применяют 3 способа получения
волокнистой массы: термо-механический Ц с использованием дефибраторов и
рафинеров, механический Ц с размолом на дефибрерах, и химико-механический, при
котором размолу предшествует варка сырья в щелочных растворах. В волокнистую
массу для придания водостойкости вводят различные эмульсии (парафиновые,
смоляные, масляные) и осадители (сернокислый алюминий). Плиты формируются на
отливочных машинах. Влажность плит после отливок достигают 70%. По этому
изоляционные плиты поступают на сушку, а твердые и полутвердые прессуют в
горячих многоэтажных прессах (t 135 Ц180 ℃). Твердые и сверх твердые
плиты затем проходят закалку при t 150 Ц 170 ℃ с последующим увлажнением
до 5 Ц 7% (по массе). Сверхтвердые имеют объемную массу не менее 950 кг/м3
; твердые Ц не менее 850 кг/м3; полутвердые Ц не менее 400 кг/м
3; изоляционно-отделочные Ц 250 Ц350 кг/м3; изоляционные Ц до
250 кг/м3. Размеры плит (в мм): длинна от 1200 Ц 3600, ширина 1000 Ц
1800, толщина 3 Ц 8.
Важнейший показатель качества древесноволокнистых
плит Ц предел прочности при изгибе. Временное сопротивление статическому изгибу
должно быть не менее (в кгс/см2): для сверхтвердых плит Ц 500; для
твердых плит Ц 400; для полутвердых Ц 150; для изоляционно-отделочных Ц 20; для
изоляционных плит Ц 12.
Существенный показатель качества сверхтвердых,
твердых и полутвердых плит Ц гигроскопичность. Стандарт допускает величину
набухания плит после суточного нахождения испытываемых образцов в воде: для
твердых и полутвердых Ц не более 20%, а для сверхтвердых не более 12%.
Водопоглощение же установлено: для сверх твердых плит Ц 15%, для твердых Ц 30%,
для полутвердых Ц 40%. Плиты, изготовленные сухим способом, обладают
значительно меньшей гигроскопичностью 10 Ц 12% так как при их изготовлении
применяют фенолформальдегидные смолы. Показатели теплопроводности
имеют решающие значение для изоляционных и изоляционно-отделочных плит, так как
их основным назначением является теплоизоляция. Коэффициент теплопроводности,
измеряемой ккал/м*ч*град, для изоляционных плит должен
быть не более 0.06 и для изоляционо-отделочных плит 0.08.
При
использовании твердых древесно волокнистых плит в строительных конструкциях
особое значения приобретают показатели твердости и стираемости плит.
Связующие и добавки в производстве древесно волокнистых плит.
В ДВП применяют следующие полимерные связующие полимерные связующие:
фенолоформальдегидные и мочевино-формальдегидные, обладающие термореактивными
свойствами и высокой адгезионной способностью к древесине. Термореактивные
синтетические смолы твердеют под действием высокой температуру и давления.
Для ускорения реакции вводят различные катализаторы. Затвердевшая смола не
растворяется, а при повторном нагревании не размягчается. Синтетические смолы
получают в результате реакции поликонденсации фенола или мочевины с
формальдегидом. Расход смолы составляет обычно до трех процентов от веса
плит.
В качестве гидрофобных веществ можно использовать различные воски: парафин,
церезин, озокерит. Содержание их в плитах обычно не превышает одного процента
веса так как эти вещества ослабляют связь между волокнами тем самым понижая
плотность плит. Гидрофобизаторы вводят в волокнистую массу в виде водных
эмульсий. Для получения тонко дисперсной эмульсии в качестве эмульгаторов
применяют высокомолекулярные кислоты лолеиновую, стеариновую, польметиновую.
Для эмульгирования парафина достаточно олеиновой кислоты лишь два-три процента
от веса парафина, однако при осаждении парафина на волокна сернокислым
алюминием олеат аммиака образует олеат алюминия, обладающий водоотталкивающими
свойствами, поэтому олеиновую кислоту применяют в большем колличестве.
Необходимое условия для осаждения на волокнах гидрофобных веществ Ц создания в
древесноволокнистой массе кислой среды
pH 4.5 Ц 5.0. Такая среда образуется в результате введения в
древесноволокнистую массу раствора сернокислого глинозема или алюмокалиевых
квасцов, служащих одновременно коагуляторами, или осадителями.
Значительно более эффективным гидрофобизатором (в сравнении с парафином и его
эмульсии) является атактический полипропилен (АПП). В отличие от парафина и его
эмульсий АПП действует в течение всего срока эксплуатации изделий, успешно
применяется для введения в составы ДВП в количестве 0.5-5.0%. При введении АПП
одновременно повышается прочность, ударная вязкость и текучесть материала в
процессе переработки его в изделия.
Антисептики применят для защиты древесных наполнителей от древоразрушающих
грибов и насекомых. Против всех биоразрашителей эффективен пентахролфенолят
натрия, вводимый в количестве 1-2% массы сухой древесины.
Для снижения пожароопасности вводят антипирены. В рецептуру антипиренов
входят следующие компоненты: ортофосфорная кислота, мочевина, дициандиамид.
Введение этой рецептуры в состав ДВП сухого способа производства приводит к
получению трудногорючих материалов. Компоненты рецептуры действую совместно и
каждый из них выполняет определенные функции: ортофосфорная кислота подавляет
горение, мочевина повышает прочность и снижает разрушающие действие кислоты на
древесину при получении и эксплуатации ДВП, дициандиамид участвует в
образование огнезащитного комплекса, устойчивого при температуре прессования
плит, обеспечивает их прочность и водостойкость. Для ДВП мокрого способа
производства используют нефелиновый антипирен.
Применение
Мягкие древесноволокнистые плиты находят широкое применение в строительстве в
качестве материала для термоизоляции стен, потолков и полов. Благодаря малой
плотности, большим размерам, легкости обработки мягкие плиты являются хорошей
изоляцией элементов щитовых, панельных и каркасных домов. Твердые плиты
применят в строительстве в качестве листового обшивочного материала для
облицовывания каркасных перегородок стен и потолков. Сверхтвердые плиты
применяют для покрытия полов.
Изготовление ДВП Ц один из перспективных способов использования древесных
отходов и неделовой древесины.
Древесностружечные плиты
Древесностружечная плита (ДСтП) Ц
материал, получаемый путем склеивания частиц древесины связующим веществом,
нанесенным на их поверхность, при прессовании в результате создания контакта
между частицами древесины и воздействия тепла. В этом искусственно созданном
материале пористой структуры древесные частицы расположены параллельно
плоскости плиты и дезориентированы по направлению волокон. Таким образом,
анизотропия свойств плит, определяемая структурой, отсутствует в плоскости и
существует перпендикулярно плоскости материала. Объем порового пространства в
плите определяется плотностью и содержанием связующего. От этих двух
характеристик в основном зависят свойства материала. Содержание связующего
колеблется в пределах 7 Ц 15% (считая на сухие вещества от массы абсолютно
сухой древесины) в зависимости от конструкции, вида и назначения плит.
Образование ДСтП происходит при воздействии тепла в результате перехода
связующего в олигомерной форме в неплавкое и нерастворимое состояние сетчатой
структуры и возникновение адгезионных связей между компонентами древесины и
связующего. На направление этих процессов большое влияние оказывают условия
прессования. ДСтП изготавливаются горячим прессованием древесной стружки.
Себестоимость изготовления древесной стружки ниже себестоимости древесного
волокна. В качестве связующего применяют мочевино-формальдегидные,
феноло-формальдегидные и другие смолы. Древесностружечные плиты
классифицируют по способу прессования, конструкции, виду измельченной
древесины, применяемому связующему, облицовочному материалу. По способу
прессования различают древесностружечные плиты плоского прессования и
экструзионные, т. е. полученные выдавливанием. Первые изготовляют с приложением
прессующего усилия перпендикулярно плоскости плиты, а вторые параллельно ей. По
конструкции плиты плоского прессования выпускаются одно-, трех-, пяти- и
многослойными; экструзионные Ц однослойными сплошными и с внутренними каналами.
В однослойных плитах размеры древесных частиц и содержание связующего одинаковы
по всей толщине плиты. В трех- и пятислойных плитах один или оба наружных слоя
(с каждой стороны) изготовляют из более тонких частиц и с повышенным
содержанием связующего по сравнению с внутренними слоями. Такие плиты имеют
гладкую поверхность и обладают высокой прочностью. ДСтП выпускают облицованные
и необлицованные (одним или двумя слоями лущеного или строганого шпона,
бумагой, пропитанной синтетическими смолами, синтетической пленкой). ДСтП
изготовляют шлифованные и нешлифованные. По плотности (в зависимости от способа
прессования и марки) древесностружечные плиты подразделяют на группы: очень
малой плотности (350 Ц 450 кг/м2), малой (450 Ц 650), средней (650 Ц
800), высокой (700 Ц 800). Основные размеры ДСтП (мм): плоского прессования Ц
длина 2500 Ц 3500; ширина 1220 Ц 1750; толщина 10 Ц 25; экструзионные Ц длина
2500; ширина 1250; толщина 15 Ц 52.
Физико-механические свойства ДСтП
в основном зависят от объемной массы, формы и размеров древесных частиц,
количества и качество связующего, конструкции и др. ДСтП характеризуются
следующими показателями: влажность 8%; водопоглощение 12 Ц 88%; коэффициент
теплопроводности 0.06 Ц 0.22 ккал/(м*ч*℃); удельная
теплоемкость 1.7 Ц 1.9 кДж/(кг*К); разбухание (за 24 часа) по
толщине 5 Ц 30%; предел прочности при растяжении перпендикулярно плиты 0.25 Ц
0.4 Мн/м2 (2.5 Ц 4 кг/см2).
Связующие и
добавки
Наиболее распространенными связующими веществами, применяемыми для
изготовления ДСтП различного назначения, являются карбамидоформальдегидные
олигомеры благодаря ряду преимуществ: способности к быстрому отверждению в
присутствии ускорителей, сочетанию сравнительно высокой концентрации с
пониженной вязкостью. Они обеспечивают высокую прочность ДСтП, используемых в
производстве мебели и частично в строительстве уступая другим смолам главным
образом в стойкости к одновременному и длительному воздействию влаги и
повышенной температуре (более 60 ℃). Карбамидоформальдегидные смолы
примерно в два раз дешевле фенолоформальдегидных. Фенолоформальдегидные
олигомеры обеспечивают образование клеевых соединений, способных хорошо
сопротивляться переменным воздействиям повышенной влажности и температуры
окружающей среды. Однако они требуют применение более высоких температур
прессования плит или удлинения продолжительности этого процесса. Кроме того,
существенное улучшение показателей водостойкости достигается только при
введении более 15% смолы. Применение фенолоформальдегидных смол для ДСтП
ограниченно так же неудовлетворительными санитарно-гигиеническими свойствами,
связанными с токсичностью фенола. Меламиноформальдегидные олигомеры обладают
всеми преимуществами карбамидо- и фенолоформальдегидных и не имеют их
недостатков. Меламиноформальдегидные смолы обладают высокой водо- и
теплостойкостью. Однако из-за ограниченного объема производства и дороговизны
меламина они не нашли широкого применения для изготовления ДСтП.
В состав ДСтП применяют введение 0.5 Ц 1.0% гидрофобизаторов. К числу
гидрофобизаторов относят: парафин, церезин, петролатум, воск и их эмульсии.
Эмульгаторами этих веществ являются мыло, поверхностно-активные вещества
(ПАВ) и др. Лучшим эмульгатором признан ПАВ марки ОП-7. Основным недостатком
перечисленных гидрофобизаторов является их временное воздействие на
уменьшение водопоглощения. Самым эффективным гидрофобизатором, как и для ДВП
является атактический полипропилен (АПП). В состав ДСтП его вводят в
количестве да 3.0%.
Трудновоспламеняемые ДСтП получают путем введения в их состав смеси
ортофосфорной кислоты и хлористого цинка в соотношении от 2 : 5 до 5 : 2.
Трудносгораемые ДСтП получают введением гранулированной борной кислоты в
количестве 5 Ц 10%.
Применение
Древесностружечные плиты Ц один из наиболее перспективных конструктивно-
отделочных материалов для мебельной промышленности и строительства по
сравнению с пиломатериалами и другими листовыми материалами. По показателям
прочности и жесткости они приближаются к древесине хвойных пород.
План
1. Введение. Древесные композиционные материалы.
2. Древесные плиты. ДВП.
а) технология, и свойства
б) связующие и добавки
в) применение
3. ДСтП
а) технология, и свойства
б) связующие и добавки
в) применение
Список литературы
1. Вигдорович А.И., Сагалаев Г.В., Поздняков А.А.
Древесные композиционные материалы
машиностроения: справочник. М: Машиностроение, 1991.
2. Ковальчук Л.М. Производство деревянных клеевых конструкции. М: Лесная
промышленность, 1987.
3. Поташев О.Е., Лапшин Ю.Г.
Механика древесных плит М: Лесная промышленность, 1980.
4. Ребрин С.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов Е.Г.
Технология древесноволокнистых плит. М: Лесная промышленность, 1982.
5. Эльберт А.А.
Химическая технология древесностружечных плит
М: Лесная промышленность, 1984.
Калининградский Государственный Технический Университет
РЕФЕРАТ
Древесностружечные и древесноволокнистые материалы (ДВП и ДСтП)
Выполнил: студент гр. 01-ТС
Трубин Андрей
Проверил:
Калининград 2002
